Ηλεκτροφυσιολογία της καρδιάς

Η καρδιακή ηλεκτροφυσιολογία είναι ο τομέας της ηλεκτροφυσιολογίας ο οποίος ασχολείται με την ηλεκτρική ανατομία της καρδιάς, δηλαδή με την μελέτη της δομής, της λειτουργίας και των ιδιοτήτων των κυττάρων, που επιτρέπουν στην καρδιά να παράγει και να μεταδίδει ηλεκτρικούς παλμούς. Οι τέσσερεις ιδιότητες που επιτρέπουν στην καρδιά να παράγει και να μεταδίδει ηλεκτρικούς παλμούς είναι οι εξής:

1. Αυτοματία : είναι η ιδιότητα που έχει το μυοκάρδιο να δίνει ηλεκτρικά σήματα χωρίς να υπάρχει εξωτερική πηγή διέγερσης. Δηλαδή μπορούμε να διαχωρίσουμε την ηλεκτρική λειτουργία της καρδιάς απο το κεντρικό νευρικό σύστημα. Η καρδιά δηλαδή μπορεί να μεταδίδει σήματα ακόμα και αφού σταματήσει να δέχεται διέγερση απο το κεντρικό νευρικό σύστημα.

2. Διεγερσιμότητα: Είναι η ιδιότητα που έχουν τα κύτταρα του μυοκαρδίου να αποκρίνονται σε ηλεκτρική διέγερση.

3. Αγωγιμότητα: Είναι η ιδιότητα που έχει ένα κύτταρο του μυοκαρδίου, όχι μόνο να λαμβάνει και να αποκρίνεται σε έναν ηλεκτρικό παλμό αλλά επίσης και να μεταδίδει τον παλμό αυτό σε άλλα κύτταρα.

4. Συστολικότητα: είναι η ιδιότητα που έχει ένα κύτταρο να συστέλλεται όταν δέχεται ένα παλμό διέγερσης. Στην καρδιά μόνο τα μυϊκά κύτταρα του μυοκαρδίου έχουν την ιδιότητα αυτή.

Ηλεκτρικό σύστημα της καρδιάς. φαίνονται οι κύριοι βηματοδότες της καρδιάς Κόμβοι SA(sinus Atrial) και AV(κολποκοιλιακός) καθώς και το δεμάτιο Hiss και τα δύο σκέλη του όπως διακλαδίζονται στη δεξιά και αριστερή κοιλία

Το ερεθισματαγωγό σύστημα της καρδιάς

Η καρδιά διαθέτει ένα ιδιαίτερο σύστημα για την παραγωγή ερεθισμάτων με τα οποία προκαλείται η ρυθμική συστολή του μυοκαρδίου και για τη διάδοση αυτών των ερεθισμάτων σε ολόκληρο το μυοκάρδιο. Αυτό το σύστημα λέγεται ερεθισματαγωγό σύστημα. Ολα τα κύτταρα της καρδιάς έχουν τις τρείς ιδιότητες ( Αυτοματία- Διεγερσιμότητα-Αγωγιμότητα) αλλά μόνο τα μυϊκά κύτταρα της καρδιάς έχουν την ιδιότητα της συστολικότητας.

Το ερεθισματαγωγό σύστημα αποτελείται από τρία είδη βηματοδοτικών κυττάρων:

● Τα Ρ κύτταρα που βρίσκονται στο φλεβόκομβο και τον κολποκοιλιακό κόμβο, με διάμετρο περίπου 5 mm.

● Τα διάμεσα κύτταρα που παρεμβάλλονται μεταξύ των Ρ κυττάρων και των υπολοίπων κυττάρων του κολποκοιλιακών κυττάρων του μυοκαρδίου.

● Τα κύτταρα του Purkinje που βρίσκονται στις ίνες του Purkinje και είναι πιο μικρά αλλά με μεγαλύτερη διάμετρο που φτάνει τα 20 mm.

Οταν μιλάμε για την ερεθισματαγωγό σύστημα της καρδιάς εννοούμε τους φλεβόκομβους (SA nodes) τους κολποκοιλιακούς κόμβους (AV nodes) τους οποίους θα μελετήσουμε παρακάτω και τις αγώγιμες διαδρομές μεταξύ τους καθώς και το ηλεκτρικό σύστημα των κοιλιών. Το ερεθισματαγωγό σύστημα της καρδιάς δέν περιέχει μυϊκά κύτταρα. Αυτό σημαίνει ότι δέν μπορούν τα κύτταρα που αποτελούν την αγώγιμη διαδρομή να συσταλλούν. Αυτά είναι τα υπεραγώγιμα κύτταρα υψηλής ταχύτητας μετάδοσης ηλεκτρικών σημάτων. Αυτά τα κύτταρα δέν έχουν σχεδιαστεί για να συστέλλονται αλλά για να μεταδίδουν σήματα απο ένα σημείο Α σε ένα σημείο Β όσον το δυνατό ταχύτερα.

Ο φλεβόκομβος(SA node)

O φλεβόκομβος βρίσκεται κάτω ακριβώς απο την άνω κοίλη φλέβα στο δεξιό κόλπο και αποτελεί τον κύριο βηματοδότη.

Είναι από τους πιο πολύπλοκους ιστούς της καρδιάς. Ο φλεβόκομβος βρίσκεται στο δεξιό κόλπο στη σύνδεση της τελικής ακρολοφίας με το φλεβικό ιστό (άνω και κάτω κοίλη φλέβα). Eίναι μια μικρή, επίπεδη, ελλειψοειδής λωρίδα από εξειδικευμένο μυϊκό ιστό, πλάτους 3 mm, μήκους 15 mm και πάχους 1 mm. Οι μυϊκές ίνες από τις οποίες αποτελείται έχουν διάμετρο 3-5 μm, ενώ οι μυϊκές ίνες του μυοκαρδίου των κόλπων έχουν διάμετρο 10-15 μm. Οι ίνες του μυοκαρδίου των κόλπων αποτελούν συνέχεια των ινών του φλεβόκομβου, κατα τέτοιο τρόπο ώστε το οποιοδήποτε δυναμικό δράσης που εμφανίζεται στο φλεβόκομβο να επεκτείνεται αμέσως προς το μυοκάρδιο των κόλπων. Ένα χαρακτηριστικό του φλεβόκομβου είναι ότι αποτελείται από συνεκτικό ιστό, κυρίως κολλαγόνο και ινοβλάστες, το ποσοστό του οποίου διαφέρει ανάλογα με το είδος του οργανισμού.Τα κύτταρα στο φλεβόκομβο χαρακτηρίζονται από το ότι δεν έχουν δυναμικό ηρεμίας, αλλά αντί αυτού παράγουν κανονικά, αυτόματα δυναμικά δράσης.Αντίθετα από τα δυναμικά δράσης μη-βηματοδοτικών κυττάρων στην καρδιά το ρεύμα εκπόλωσης φέρεται πρώτιστα από τα σχετικά αργά, εσωτερικά ρεύματα ασβεστίου αντί για τα γρήγορα ρεύματα νατρίου. Δεν υπάρχει, στην πραγματικότητα, κανένα γρήγορο κανάλι και ρεύμα νατρίου που να λειτουργεί στο φλεβόκομβο. Αυτό οδηγεί σε πιο αργά δυναμικά δράσης από πλευράς εκπόλωσης. Επειδή είναι ο κύριος βηματοδότης της καρδιάς έχει έναν ενδογενή ρυθμό παραγωγής παλμών 60-100 παλμούς το λεπτό. Αυτό που εννοούμε λέγοντας ενδογενή ρυθμό είναι ότι κάτω απο φυσιολογικές συνθήκες θα εκπολωθεί τυπικά με ρυθμό μεταξύ των 60 και 100 παλμών το λεπτό.Το παραγόμενο ερέθισμα διαδίδεται στη συνέχεια στο μυοκάρδιο των κόλπων με ταχύτητα 1.0 – 1.2 mm/sec και φτάνει στον κολποκοιλιακό κόμβο. Η ταχύτητα αγωγής του ερεθίσματος στον κολποκοιλιακό κόμβο πέφτει στα 0.02 –0.05mm /sec και έχει σαν αποτέλεσμα την επιβράδυνση του ερεθίσματος που δίνει τον απαραίτητο χρόνο στους κόλπους να συσταλούν πριν γεμίσουν οι κοιλίες με αίμα. Αφού το ερέθισμα περάσει από τον κολποκοιλιακό κόμβο, φθάνει στο δεμάτιο του His και στις διακλαδώσεις του όπου η ταχύτητα αγωγής αυξάνεται και έχει ως αποτέλεσμα την ταυτόχρονη διάδοση του ερεθίσματος σε όλο το κοιλιακό μυοκάρδιο.Υπάρχουν τρείς βηματοδότες στην καρδιά και ο καθένας απο αυτούς έχει έναν ενδογενή ρυθμό.Οι μεσοκομβικές διαδρομές είναι αγώγιμες διαδρομές οι οποίες ξεκινούν απο τον φλεβόκομβο (SA) και κατόπιν φτάνουν στον κολποκοιλιακό κόμβο (AV node). Αυτές οι τρείς αγώγιμες διαδρομές βρίσκονται όλες μέσα στον δεξιό κόλπο. Η ανώτερη διαδρομή ονομάζεται ταχεία διαδρομή, ενώ η κατώτερη βραδεία διαδρομή. Οταν το ηλεκτρικό σήμα απο την ταχεία διαδρομή φτάσει στον κολποκοιλιακό κόμβο (AV node) θα φτάσει πριν απο αυτό που φτάνει μέσω της βραδείας διαδρομής και θα εκπολωθεί ταχύτερα. Ετσι η εκπόλωση θα συνεχίσει (αφού περάσει απο τον κολποκοιλιακό κόμβο) στην κατεύθυνση της βραδείας διαδρομής, επειδή ένα κύτταρο το οποίο μπορεί να εκπολωθεί, θα εκπολωθεί άσχετα απο οποιαδήποτε κατεύθυνση,και η βραδεία διαδρομή περιέχει κύτταρα τα οποία μπορούν να εκπολωθούν. Ετσι όταν τα κύτταρα της βραδείας διαδρομής δέν έχουν προλάβει να εκπολωθούν μέσω της βραδείας διαδρομής το σήμα το οποίο φτάνει μέσω της ταχείας διαδρομής θα συνεχίσει μέσα στην βραδεία διαδρομή εκπολώνοντας τα κύτταρα προς τα πίσω(προς τον φλεβόκομβο(SA)). Αυτό το οποίο συμβαίνει στην πραγματικότητα είναι ότι τα σήματα μέσω της βραδείας και της ταχείας διαδρομής συναντώνται στην βραδεία διαδρομή σε αντίθετες κατευθύνσεις εκπόλωσης και αλληλοαναιρούνται. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει το 99% του χρονικού διαστήματος. Αλλά δέν διαθέτουν όλοι, αυτές τις δύο διαδρομές, μόνο το 10% του πληθυσμού διαθέτουν αυτό το σύστημα των δύο διαδρομών. Στους περισσότερους ανθρώπους η βραδεία διαδρομή τερματίζει κάπου στο μέσο της απόστασης μεταξύ του φλεβόκομβου και του κολποκοιλιακού κόμβου, και έτσι δέν συναντά ποτέ το κύμα εκπόλωσης απο την ταχεία διαδρομή.

Ο κολποκοιλιακός κόμβος (AV node)

Ο κολποκοιλιακός κόμβος βρίσκεται στο μεσοκολπικό διάφραγμα και αποτελείται απο τρείς περιοχές:Την ζώνη μετάδοσης, την συμπαγή ζώνη, και την ζώνη ενεργοποίησης.

Η ζώνη μετάδοσης βρίσκεται στην επιφάνεια του κολποκοιλιακού κόμβου (AV) και περιέχει μιά πολύ μικρή ποσότητα ιστού, και συνίσταται απο αυτόνομα ινίδια, δηλαδή απο κύτταρα τα οποία έχουν την ιδιότητα να παράγουν το δικό τους ηλεκτρικό παλμό (Αυτοματία). Γι'αυτό είναι πολύ αρρυθμιογενής,το οποίο σημαίνει ότι μπορεί να παράγει τον δικό του ρυθμό πάρα πολύ εύκολα.

Η Συμπαγής ζώνη θεωρείται ο πυρήνας του κολποκοιλιακού κόμβου.

Ιστολογικά η συμπαγής ζώνη θεωρείται πολύ παρόμοια με τον φλεβόκομβο, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι εάν φτάσουμε σε ένα ρυθμό στην επαφή αυτή θα καταλήξει να είναι η περιοχή η οποία θα επηρεάζει αυτό το ρυθμό, γι'αυτό λέγονται κομβικά κύτταρα. Η συμπαγής περιοχή επίσης έχει έναν ενδογενή ρυθμό. Αυτός ο ενδογενής ρυθμός είναι 40 με 60 παλμούς το λεπτό. Πράγμα το οποίο σημαίνει ότι η συμπαγής ζώνη αποτελεί ένα υποστηρικτικό βηματοδότη. Επίσης η συμπαγής ζώνη είναι η περιοχή στην οποία η εκπόλωση επιβραδύνεται. Ο λόγος για τον οποίο επιβραδύνεται η μετάβαση είναι για να δώσει τον χρόνο για κολπική συστολή.

Η ζώνη ενεργοποίησης.

Είναι η περιοχή στην οποία γίνεται μετάβαση απο την συμπαγή περιοχή στο δεμάτιο του Hiss. Και είναι σημαντική επειδή είναι η περιοχή στην οποία επιταχύνεται η εκπόλωση και διαδίδεται στις διακλαδώσεις του δεμάτιου Hiss. Το δεμάτιο Hiss αποτελεί την σύνδεση μεταξύ του κόλπου και της κοιλίας. Αυτός είναι ο ρόλος του δεμάτιου Hiss. Μέρος του δεμάτιου Hiss βρίσκεται στο δεξιό κόλπο και συνεχίζει σε μιά περιοχή η οποία ονομάζεται κολποκοιλιακό διάφραγμα το οποίο είναι ένα μή αγώγιμο τοίχωμα ανάμεσα στον κόλπο και την κοιλία, και τερματίζει στο μεσοκοιλιακό διάφραγμα στο δεξιό και αριστερό κλάδο του δεμάτιου Hiss.

Ηλεκτρικό σύστημα των κοιλιών

1. Το δεξιό σκέλος του δεμάτιου Hiss (RBB)

2. Το αριστερό σκέλος του δεμάτιου Hiss (LBB)

3. H αριστερή οπίσθια δέσμη (LPF)

4. Η αριστερή εμπρόσθια δέσμη (LAF)

5. Οι ίνες Purkinje (δίκτυο ινών)

Το δεξιό και το αριστερό σκέλος του δεμάτιου Hiss προέρχονται απο την διακλάδωση του δεμάτιου Hiss σε δύο κλάδους:

1. Το δεξιό σκέλος (RBB) Ξεκινά απο το δεμάτιο Hiss και καταλήγει στις ίνες Purkinje στη δεξιά κοιλία.

2. Το αριστερό σκέλος (LBB) κάνει μικρότερη διαδρομή και είναι βραχύτερο απο το δεξιό σκέλος. Αρχίζει με την διακλάδωση του δεμάτιου Hiss και καταλήγει στο σημείο της διακλάδωσης της εμπρόσθιας και οπίσθιας αριστερής δέσμης. Δηλαδή δέν συνεχίζει έως τις ίνες Purkinje όπως κάνει το δεξιό σκέλος του δεμάτιου Hiss. Η αριστερή οπίσθια δέσμη εκπολώνει το πίσω μέρος της αριστερής κοιλίας ενώ η αριστερή εμπρόσθια δέσμη εκπολώνει το εμπρός μέρος της αριστερής κοιλίας.

3. Η αριστερή οπίσθια είναι σαν μια δέσμη κροσσών οι οποίες ξεκινούν απο το αριστερό σκέλος του δεμάτιου του Hiss και κατευθύνονται στο πίσω και ανώτερο τμήμα της αριστερής κοιλίας. Λόγω αυτής της κατασκευής, εάν μπλοκαριστεί η εκπόλωση ενός κροσού μπορεί να λειτουργήσουν οι υπόλοιποι και να πραγματοποιηθεί η εκπόλωση της κοιλίας.

4. Η αριστερή εμπρόσθια δέσμη αντίθετα έχει δομή κορμού ο οποίος συνεχίζει απο το σημείο που διακλαδίζεται το αριστερό δεμάτιο του Hiss, στην εμπρόσθια επιφάνεια της αριστερής κοιλίας. Ακριβώς λόγω αυτής της δομής του εάν μπλοκαριστεί σε ένα σημείο του τότε μπλοκάρεται η εκπόλωση συνολικά στο εμπρόσθιο και κατώτερο τμήμα της αριστερής κοιλίας. Τόσο η αριστερή εμπρόσθια δέσμη όσο και η αριστερή οπίσθια δέσμη καταλήγουν στο δίκτυο ινών Purkinje.

5.Οι ίνες Purkinje

Βρίσκονται στα άκρα του δεξιού σκέλους του δεμάτιου του Hiss (RBB), της οπίσθιας αριστερής δέσμης (LPF) και της εμπρόσθιας αριστερής δέσμης (LAF), και εκτείνονται σε όλο το κοιλιακό μυοκάρδιο. Όταν το ερεθισματαγώγο σύστημα λειτουργεί φυσιολογικά οι κόλποι συστέλλονται κατά ένα έκτο του δευτερολέπτου πριν τη συστολή των κοιλιών, και με αυτόν το τρόπο εξασφαλίζεται η πλήρωση των κοιλιών με αίμα πριν τη διοχέτευσή του. Η διάδοση των παλμών γίνεται ταυτόχρονα και στις δύο κοιλίες ώστε να συστέλονται ταυτόχρονα και η μέν δεξιά κοιλία να δίνει το αποξυγονομένο αίμα στην δεξιά και αριστερή πνευμονική αρτηρία και απο εκεί στο δεξιό και αριστερό πνεύμονα για οξυγόνωση, η δέ αριστερή κοιλία να ωθεί το οξυγονωμένο αίμα στην αορτή και απο εκεί στο κυκλοφοριακό σύστημα.

Οι ίνες Purkinje είναι υπεύθυνες για την εκπόλωση της ίδιας της κοιλίας.Δηλαδή είναι υπεύθυνες για την εκπόλωση του μυοκαρδίου ώστε να επιτρέψει την κοιλιακή διαστολή ή την κοιλιακή συστολή. Οι ίνες Purkinje είναι ο τρίτος βηματοδότης της καρδιάς και έχουν και αυτές ένα ενδογενή ρυθμό παραγωγής ηλεκτρικών παλμών 20-40 παλμών το λεπτό.To δυναμικό ηρεμίας της κυτταρικής μεμβράνης κυμαίνεται απο περίπου -85 έως -95 mV ενώ στις ίνες Purkinje απο -90 έως -100 mV.

H εκπόλωση του κυττάρου

Ηλεκτρική δραστηριότητα του κυττάρου

Οταν ένα κύτταρο βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας θεωρείται ότι βρίσκεται σε κατάσταση πόλωσης, το οποίο σημαίνει ότι το εξωτερικό μέρος του κυττάρου είναι φορτισμένο θετικά. Το εσωτερικό του κυττάρου έχει αρνητικό φορτίο. Οταν το κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία δέν υπάρχει ηλεκτρική δραστηριότητα στο κύτταρο. Οταν το κύτταρο βρίσκεται σε ηρεμία είναι έτοιμο να παράγει έργο. Ολα τα ιόντα βρίσκονται στη σωστή μεριά και στις σωστές ποσότητες και αναμένουν έναν ηλεκτρικό παλμό για να αρχίσουν να κινούνται και να παράγουν έργο. Οταν το κύτταρο βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας ή αλλιώς είναι πολωμένο σημαίνει ότι στο εσωτερικό του υπάρχει αρνητικό φορτίο πράγμα το οποίο με την σειρά του σημαίνει ότι στο εσωτερικό του κυττάρου υπάρχουν ιόντα καλίου (K⁺) φωσφορικών ριζών(PO₄^-3) και θειϊκών ριζών (SO₄^-2).Στο εξωτερικό του κυττάρου όταν βρίσκεται σε ηρεμία υπάρχουν μεγάλες ποσότητες ιόντων νατρίου (Na⁺) και ασβεστίου (Ca⁺²). H εκπόλωση των κυττάρων συμβαίνει ώς ένα δυναμικό δράσης. Το ίδιο το δυναμικό δράσης είναι μιά διαδικασία εκπόλωσης των κυττάρων. Δυναμικό δράσης είναι η μεταβολή του ηλεκτρικού φορτίου του κυττάρου και αυτό σημαίνει ότι είναι η μεταβολή απο την κατάσταση της ηρεμίας στην κατάσταση εκπόλωσης στην επαναπόλωση και πάλι πίσω στην κατάσταση ηρεμίας. Η δράση βασίζεται στα ιόντα Νατρίου και Ασβεστίου (Na+, Ca+2) τα οποία βρίσκονται στο εξωτερικό μέρος του κυττάρου και τα ιόντα Καλίου (K+) τα οποία βρίσκονται στο εσωτερικό μέρος του κυττάρου.

Φάσεις του δυναμικού δράσης

Σημαντική για την εκπόλωση του κυττάρου είναι η αρχή του όλου ή ουδενός,και σημαίνει ότι εάν ένα κύτταρο φτάσει στο κατώφλιο, θα εκπολωθεί σε κάθε χρονική στιγμή, ολοκληρωτικά και όχι μερικά. Δέν έχουν όλα τα κύτταρα το ίδιο δυναμικό κατωφλίου. Μπορούμε να μετρήσουμε το δυναμικό δράσης σε κάθε κύτταρο κοντά στην κυτταρική μεμβράνη. Υπάρχουν τέσσερεις διαφορετικές φάσεις του δυναμικού δράσης.

Το δυναμικό ηρεμίας, το δυναμικό κατωφλίου.

Οταν ένας παλμός χτυπάει ένα κύτταρο σε κατάσταση ηρεμίας, τότε αυτός ο παλμός πρέπει να διεγείρει το κύτταρο τόσο ώστε να ξεπεράσει το δυναμικό κατωφλίου. Εάν ο παλμός δεν διεγείρει το κύτταρο έως το δυναμικό κατωφλίου τότε το κύτταρο δεν θα εκπολωθεί. Αφού φτάσει στο όριο κατωφλίου η τάση ανυψώνεται και κάνει όλη την υπόλοιπη δουλειά μόνο του.

Φάση 0 (φάση ταχείας εκπόλωσης)

Τα ταχέα κανάλια νατρίου ανοίγουν, και αφού το νάτριο βρίσκεται σε μεγάλη συγκέντρωση στο εξωτερικό μέρος του κυττάρου, ενώ στο εσωτερικό του κυττάρου βρίσκεται κάλιο σε μεγάλη συγκέντρωση, τα ιόντα νατρίου εισβάλουν ταχύτατα στο εσωτερικό του κυττάρου. Επειδή το εσωτερικό του κυττάρου είναι κυρίως αρνητικό, τότε καθώς εισβάλλουν τα θετικά ιόντα νατρίου, αναγκάζουν το δυναμικό δράσης από αρνητικό να γίνει θετικό και έτσι εκπολώνεται το κύτταρο και εκτελεί την λειτουργία που είναι προγραμματισμένο να κάνει. Αφού το κύτταρο στο εσωτερικό του φτάσει τα 20 mV π.χ.(ανάλογα με το κύτταρο) τα κανάλια ταχείας διέλευσης νατρίου κλείνουν ώστε να μήν προκληθεί βλάβη στο κύτταρο απο την είσοδο υπέρμετρης ποσότητας ιόντων νατρίου. Αφού συμβεί αυτό περνάμε στην φάση 1

Φάση 1 (πρώϊμη φάση ταχείας επαναπόλωσης)

Τα κανάλια ταχείας διέλευσης νατρίου κλείνουν εμποδίζοντας την ροή των ιόντων νατρίου. Εξαιτίας αυτού δημιουργείται μιά ελαφρά επαναπόλωση της κυτταρικής μεμβ- ράνης,αλλά δέν επαναπολώνεται πλήρως. Το κύτταρο παραμένει εκπολωμένο. Η επόμενη φάση είναι αυτό που ονομάζουμε η φάση Plateu(Πλατώ).

Φάση 2 (Πλατώ)

Αυτή η φάση συμβαίνει κυρίως στα καρδιακά κύτταρα τα οποία χρειάζεται να συστέλλονται, κατα τρόπο ώστε οι ίνες του μυοκαρδίου να συστέλλονται για να εκτοξεύουν το αίμα από τις κοιλίες. Στην φάση 2 το ασβέστιο το οποίο υπάρχει εξωτερικά του κυττάρου εισέρχεται αργά απο την μεμβράνη στο εσωτερικό του κυττάρου, ώστε να ενισχύσει την επιμήκυνση της επαναπόλωσης (πλατώ) και την μυϊκή συστολή. Γι'αυτό το ασβέστιο είναι απαραίτητο για την συστολή των μυών. Χωρίς το ασβέστιο οι μύες δέν μπορούν να συσταλούν.

Φάση 3 (φάση ταχείας επαναπόλωσης)

Στο εσωτερικό του κυττάρου υπάρχει μεγαλύτερη συγκέντρωση καλίου απο ότι στο εξωτερικό μέρος του κυττάρου. Γι'αυτό μιά ταχεία διάχυση (παθητική διέλευση)του καλίου λόγω διαφοράς συγκέντρωσης απο το εσωτερικό του κυττάρου προς τα έξω δημιουργεί μιά ταχεία επαναπόλωση.Για να επιτευχθεί αυτό ανοίγουν τα κανάλια ταχείας διέλευσης του καλίου και το κάλιο εξέρχεται απο το εσωτερικό του κυττάρου, όπου έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση. Δέν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ιόντα νατρίου ή ασβεστίου επειδή η συγκέντρωσή τους είναι μεγαλύτερη στο εξωτερικό του κυττάρου και η διάχυση θα γίνονταν προς την αντίθετη κατεύθυνση(απο έξω προς τα μέσα).Αυτό που προκαλεί η έξοδος των ιόντων νατρίου απο το κύτταρο είναι η σταδιακή ελάττωση του δυναμικού έως την αρχική αρνητική τιμή του στην κατάσταση ηρεμίας. Συνοπτικά κατα την φάση 3 τα κανάλια ασβεστίου κλείνουν και ανοίγουν τα κανάλια καλίου ώστε να επιτρέψει την ροή του καλίου προς τα έξω για να γίνει η επαναπόλωση του κυττάρου.

Φάση 4 (περίοδος μεταξύ των δυναμικών δράσης)

Στην φάση 4 το κύτταρο βρίσκεται στο δυναμικό ηρεμίας αλλά ακόμα υπάρχουν στο εσωτερικό του ιόντα νατρίου που έχουν εισέρθει σε προηγούμενες φάσεις καθώς και ιόντα ασβεστίου. Γι'αυτό στην φάση αυτή δημιουργείται μιά αντλία ιόντων νατρίου καλίου η οποία βγάζει τα ιόντα νατρίου απο το κύτταρο και εισάγει τα ιόντα καλίου στο κύτταρο με αναλογία 3 ιόντα νατρίου προς 2 ιόντα καλίου. Υπάρχουν εκατομύρια αντλίες νατρίου καλίου η οποία απαιτεί ATP στα κύτταρα ώστε να επαναφέρουν τους ηλεκτρολύτες στην κατάλληλη μεριά τους.

Ηλεκτροκαρδιογράφημα

Τα κύματα που εμφανίζονται σε ένα ηλεκτροκαρδιογράφημα καθώς και τα διαστήματα που εμφανίζονται σε αυτό, είναι τα εξής:

Υπάρχουν τα κύματα Ρ, το σύμπλεγμα QRS ή κύμα (QRS) και το κύμα Τ. Τα διαστήματα είναι το PR ο τομέας ST, το διάστημα QT επίσης είναι το διάστημα Ρ-Ρ και το διάστημα R-R.

H θεμελιώδης γραμμή λέγεται και ισοηλεκτρική γραμμή επειδή δέν υπάρχει καμιά ηλεκτρική δραστηριότητα καρδιάς στην γραμμή αυτή. Αυτό σημαίνει ότι ή είναι πλήρως εκπολωμένη ή είναι πλήρως επαναπολωμένη. Απο αυτή ξεκινούν πολλές μετρήσεις μας.

Ετσι για να βρούμε ένα κύμα Ρ πρέπει να ξεκινήσουμε απο το πρώτο κύρτωμα που εμφανίζεται μετά την ισοηλεκτρική γραμμή. Για να βρούμε πόσα χιλιοστά ύψος έχει το σύμπλεγμα QRS πρέπει να ξεκινήσουμε απο την θεμελιώδη γραμμή. Για να βρούμε σε πόσο χρονικό διάστημα εκτείνεται το κύμα Ρ πρέπει επίσης να ξεκινήσουμε απο την θεμελιώδη γραμμή.

Το έπαρμα Ρ.

Αυτό που εκφράζει είναι η εκπόλωση του κόλπου. Δέν εκφράζει απλά την εκπόλωση του φλεβοκόμβου. Η διάρκεια του επάρματος Ρ είναι 0.1 δευτερόλεπτα ή λιγότερο. Το σχήμα του επάρματος Ρ πρέπει να είναι λείο, καμπύλο και στην τυπική περίπτωση να είναι προς τα πάνω. Μετά το έπαρμα Ρ ακολουθεί ένα κύμα επαναπόλωσης του κόλπου, το οποίο ονομάζεται κύμα ΤΡ, αλλά καλύπτεται απο το σύμπλεγμα QRS και έτσι δέν φαίνεται στο ΗΚΓ.

Το διάστημα PR

εκφράζει το χρόνο που χρειάζεται για να φτάσει το ηλεκτρικό ρεύμα στον κόμβο AV (κολποκοιλιακό κόμβο) και απο εκεί στο δεμάτιο του Hiss και στο δίκτυο Purkinje.

Το διάστημα PR ξεκινάει απο την αρχή του επάρματος Ρ και τελειώνει στην αρχή του συμπλέγματος QRS. Η διάρκεια του διαστήματος PR είναι πολύ σημαντική για την ερμηνεία του καρδιογραφήματος και κυμαίνεται μεταξύ 0.12 και 0.20 δευτερόλεπτα. Εάν βρίσκεται έξω απο αυτό το εύρος τότε αυτό σημαίνει ότι κάτι άλλο συμβαίνει. Υπάρχει επίσης μιά περιοχή η οποία ονομάζεται τομέας PR και διαφέρει απο το διάστημα PR. Αυτή η περιοχή ξεκινάει απο το σημείο που το έπαρμα συμπίπτει με την ισοηλεκτρική γραμμή μέχρι το σημείο που τελειώνει το οριζόντιο τμήμα της ισοηλεκτρικής και ξεκινάει το τμήμα που οδηγεί στο σύμπλεγμα QRS. Αυτό το τμήμα είναι σημαντικό για την διάγνωση της περικαρδίτιδας.

Το σύμπλεγμα QRS

Μετά την περιοχή PR ακολουθεί το σύμπλεγμα QRS. Ο λόγος που το ονομάζουμε σύμπλεγμα και όχι κύμα είναι διότι αποτελείται απο τρία επάρματα. Το έπαρμα Q το έπαρμα R και το έπαρμα S. To έπαρμα Q είναι η πρώτη αρνητική απόκλιση μετά το διάστημα PR, το έπαρμα R ορίζεται ώς η πρώτη θετική απόκλιση που ακολουθεί το έπαρμα Q ή το διάστημα PR, επειδή είναι πιθανό να μήν υπάρχει έπαρμα Q. Το τελευταίο έπαρμα είναι το S, το οποίο είναι η πρώτη αρνητική απόκλιση που ακολουθεί το R, και το οποίο πρέπει να επεκτείνεται κάτω απο την ισοηλεκτρική για να θεωρείται ότι υπάρχει. Το σχήμα του συμπλέγματος QRS πρέπει να είναι στενό να έχει απότομες κλίσεις και να παρουσιάζει αιχμές. Εάν δέν πληρούνται αυτές οι προϋποθέσεις οσον αφορά το σχήμα του QRS αυτό σημαίνει ότι κάτι συμβαίνει. Η χρονική διάρκεια του συμπλέγματος QRS πρέπει να είναι μικρότερη απο 0.12 δευτερόλεπτα.Το σύμπλεγμα QRS εκφράζει την κοιλιακή εκπόλωση, κατα την οποία καί οι δύο κοιλίες εκπολώνονται.

Ο τομέας ST

Eίναι το χρονικό διάστημα μεταξύ της κοιλιακής εκπόλωσης και της κοιλιακής επαναπόλωσης. Αρχίζει απο το σημείο J ( άκρο του QRS) και τελειώνει στην αρχή του επάρματος Τ. Φυσιολογικά πρέπει να διαρκεί λιγότερο απο 0.2 δευτερόλεπτα. Αλλά εξαρτάται απο τον ρυθμό της καρδιάς, που σημαίνει ότι ταχύτεροι καρδιακοί ρυθμοί επιβραχύνουν το διάστημα ST. Ενώ βραδύτεροι καρδιακοί ρυθμοί επιμηκύνουν την περιοχή ST. Η περιοχή ST πρέπει να βρίσκεται πάνω στην ισοηλεκτρική γραμμή με μιά απόκλιση όχι μεγαλύτερη απο 1mm (όπως και στην περίπτωση του σημείου J)

Το έπαρμα Τ.

Εκφράζει την κοιλιακή επαναπόλωση. Ξεκινάει απο το άκρο της περιοχής ST και καταλήγει όταν συμπέσει με την ισοηλεκτρική γραμμή.Το έπαρμα Τ έχει μικρότερη κλίση στο πρώτο μισό μέχρι το μέγιστο και μεγαλύτερη κλίση (πιό απότομο ) στο δεύτερο ήμιση μέχρι την ισοηλεκτρική γραμμή.Δηλαδή δέν πρέπει να είναι συμμετρικό.Εάν είναι συμμετρικό τότε αυτό δείχνει μιά βλάβη.Η συμμετρία στο έπαρμα Τ είναι κάτι κακό. Μπορεί να σημαίνει καρδιακή ισχαιμία, εγκεφαλική βλάβη κ.λ.π. Η ευθεία που διέρχεται απο την κορυφή του επάρματος διαχωρίζει την απολύτως ανερέθιστη περιοχή απο την σχετικώς ανερέθιστη περιοχή.

Το διάστημα QT

Το διάστημα QT εκφράζει ολόκληρη την ηλεκτρική δραστηριότητα των κοιλιών. Ξεκινάει απο την αρχή του συμπλέγματο QRS και καταλήγει στο άκρο του επάρματος Τ. Το χρονικό διάστημα QT πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 0.36 και 0.44 δευτερόλεπτα. Όπως και στην περίπτωση του διαστήματος ST εξαρτάται απο τον καρδιακό ρυθμό.Ενα επιμηκυμένο διάστημα QT έχει σάν αποτέλεσμα να επιμηκύνει την σχετικά ανερέθιστη περίοδο με αποτέλεσμα να δημιουργούνται προϋποθέσεις για απειλητικές καταστάσεις για την ζωή του ανθρώπου επειδή δημιουργούν αρρυθμίες.

Συμπερασματικά:

Στο ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ) μπορούμε να διακρίνουμε τρεις φάσεις σχετικά με τη διεγερσιμότητα. Κατά το χρονικό διάστημα που οι κοιλίες βρίσκονται σε κατάσταση συστολής κανένα ερέθισμα δεν μπορεί να προκαλέσει νέα διέγερση στο κοιλιακό μυοκάρδιο. Αυτό το χρονικό διάστημα αντιστοιχεί στο χρονικό διάστημα κατα το οποίο το δυναμικό δράσης έχει περάσει το όριο κατωφλίου και ανυψώνεται μέχρι μιά τιμή μετά την φάση πλατώ, στην φάση επαναπόλωσης όταν η τιμή του δυναμικού είναι αρκετά υψηλή (πάνω απο το κατώφλιο δυναμικού του κυττάρου) ώστε να μήν μπορεί κάποιο ερέθισμα να οδηγήσει σε εκπόλωση το κύτταρο. Η πρώτη αυτή περίοδος ξεκινά από την έναρξη του συμπλέγματος QRS και τελειώνει με την έναρξη του τμήματος ST και ονομάζεται απόλυτη ανερέθιστη περίοδος. Η δεύτερη περίοδος που μπορούμε να διακρίνουμε είναι η σχετικά ανερέθιστη περίοδος κατά τη διάρκεια της οποίας το κοιλιακό μυοκάρδιο συστέλλεται λίγο εάν δεχτεί ισχυρό ερέθισμα. Αυτή η περίοδος αντιστοιχεί στη φάση επαναπόλωσης στο χρονικό σημείο όπου η τιμή του δυναμικού είναι αρκετά χαμηλή (λίγο πιό κάτω απο το δυναμικό κατω φλίου) ώστε με ένα ερέθισμα να μπορεί το κύτταρο να φτάσει στην τάση κατωφλίου και να κάνει εκπόλωση. Κατά τη σχετικά ανερέθιστη περίοδο υπάρχει ένα τμήμα που ονομάζεται τρωτή φάση, όπου κατά τη διάρκειά της το κοιλιακό μυοκάρδιο μπορεί να εμφανίσει ινιδισμό ακόμη και με ένα συνηθισμένο ερέθισμα, η φάση διαρκεί περίπου όσο το έπαρμα Τ στο ηλεκτροκαρδιογράφημα. Η σχετικά ανερέθιστη περίοδος σχετίζεται με την έναρξη της διαστολής των κοιλιών, στη διάρκεια της οποίας εμφανίζεται μία μερική ικανότητα σύσπασής τους. Κατά το τέλος της σχετικά ανερέθιστης περιόδου ξεκινά υπερευαίσθητη περίοδος στη διάρκεια της οποίας ακόμα και ένα μικρό ερέθισμα μπορεί να προκαλέσει ισχυρή συστολή στο κοιλιακό μυοκάρδιο. Η περίοδος αυτή αντιστοιχεί στην φάση κατα την οποία έχει αποκατασταθεί στο κύτταρο η αρχική ιοντική ισορροπία κατα την οποία το εξωτερικό μέρος του κυττάρου είναι θετικό και το εσωτερικό αρνητικό. Η υπερευαίσθη τη περίοδος σχετίζεται με το τελευταίο στάδιο της διαστολής των κοιλιών και με την καρδιακή παύλα όπου η διεγερσιμότητα του κολποκοιλιακού μυοκαρδίου επανέρχεται στα συνηθισμένα επίπεδα.

Τμήμα ηλεκτροκαρδιογραφήματος στο οποίο φαίνονται τα επάρματα Ρ και T καθώς και το σύμπλεγμα QRS

Δείτε επίσης

• Καρδιαγγειακό σύστημα
• Καρδιά

Βιβλιογραφικές πηγές

• Αγνάντης, Δημήτριος (2010). Αναγνωστόπουλος καθ.ΕΜΠ, επιμ. Μηχανική Υποστήριξη της Καρδιάς. Αθήνα: ΕΜΠ. 

• Μπονάτσος, Νικόλαος (2007). Αρμούντας prof. Harvard Medical School, επιμ. Μέθοδος Εκτίμησης Καρδιακής Ηλεκτρικής Λειτουργίας σε Μακράς Διάρκειας Ηλεκτροκαρδιογράφημα. ΑΘΗΝΑ: ΕΜΠ. 
• Χρυσανθακοπούλου, Θεοδώρα (2009). Μοντελοποίηση της Ηλεκτροφυσιολογικής Λειτουργίας της Καρδιάς. Τμήμα Πληροφορικής Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. 
• Νίκας, Χαράλαμπος (2007). Μοντελοποίηση του Δυναμικού Δράσης σε καρδιακά κύτταρα για περιπτώσεις γενετικής βλάβης στα ιοντικά κανάλια Νατρίου και Καλίου. Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών σπουδών στην Βιοϊατρική Τεχνολογία Πανεπιστήμιο Πατρών Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής ΕΜΠ τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Μηχανικών Υπολογιστών και Μηχανολόγων Μηχανικών.